مقاومت به خوردگی فولاد زنگ نزن

مقاومت به خوردگی فولاد زنگ‌نزن

فولاد زنگ‌نزن برخلاف فولاد کربنی وقتی که در معرض محیط‌های مرطوب قرار می‌گیرد دچار خوردگی یکنواخت نمی‌شود. فولادهای کربنی محافظت نشده در هنگام ترکیب با هوا و رطوبت به راحتی زنگ می‌زنند. لایه اکسید آهن سطحی (زنگ) متخلخل و شکننده است. از آنجایی که اکسید آهن حجم بزرگتری نسبت به فولاد اصلی را اشغال می‌کند، این لایه گسترش می‌یابد و تمایل به لایه برداری دارد و باعث حمله بیشتر به لایه‌های زیرین فولاد می‌شود. در عوض، فولادهای زنگ‌نزن دارای کروم کافی برای غیرفعال شدن هستند. این پدیده در صورت قرار گرفتن در معرض اکسیژن موجود در هوا یا آب، خود به خود اتفاق می‌افتد و باعث ایجاد یک لایه نازک از اکسید کروم خنثی روی سطح می‌شود. این لایه نازک غیرفعال با مسدود کردن مسیر اکسیژن به سطح فولاد از خوردگی آن جلوگیری می‌کند و باعث می‌شود که خوردگی به قسمت داخلی فلز نرسد. این لایه نازک در صورت خراشیده شدن یا از میان رفتن (به دلیل قرار گرفتن موقتی در شرایط شدیدتر از میزان حد تحمل خوردگی)، خود را تعمیر می‌کند. مقاومت این لایه به خوردگی بستگی به ترکیب شیمیایی فولاد زنگ‌نزن، به ویژه درصد کروم دارد. خوردگی فولاد زنگ‌نزن می‌تواند زمانی رخ دهد که درجه یا گرید آن برای محیط کاری مناسب نباشد.

خوردگی یکنواخت

این خوردگی تنها در فولادهای زنگ‌نزن درحالت فعال رخ می‌دهد. به عبارتی زمانی‌که روی فولاد لایه اکسید غیرفعال وجود نداشته باشد. داده‌های مربوط به خوردگی یکنواخت در جداولی گردآوری می‌شود که واکنش فولادهای زنگ‌نزن را در محیط‌های اسیدی مختلف جمع‌آوری می‌کند. از جداول خوردگی برای انتخاب صحیح گریدهای فولادهای زنگ‌نزن می‌توان استفاده کرد.

خوردگی ناحیه‌ای

چهار گونه خوردگی ناحیه‌ای برای فولادهای زنگ‌نزن در نظر می‌گیرند:

خوردگی حفره‌ای (pitting)

خوردگی شیاری (crevice corrosion)

خوردگی بین‌دانه‌ای (intergranular corrosion)

ترک برداشتن ناشی از تنش و خوردگی (stress corrosion cracking)

خوردگی حفره‌ای (pitting)

خوردگی حفره ای بر روی قسمتی از یک پل آهنیاین گونه خوردگی تنها در نواحی کوچکی از فولاد رخ می‌دهد و باقی سطوح توسط لایه غیرفعال محافظت می‌شوند. در برخی نواحی لایه غیرفعال ممکن است از میان برود و اگر این لایه خودش را ترمیم نکند خوردگی رخ می‌دهد و ممکن است به یک سوراخ کامل ختم شود.[3] برای مرتبط کردن ترکیب شیمیایی فولادها به مقاومت به خوردگی حفره‌ای آن‌ها در محلول‌های دارای کلراید، از رابطه‌ای تجربی به نام عدد pren که مخفف عبارت pitting resistance equivalent number می‌باشد.

خوردگی شیاری (crevice corrosion)

خوردگی شیاری در فولاد 316این گونه خوردگی همان‌طور که از اسمش پیداست درون شیارها و شکاف‌ها یا فضاهای بسته اتفاق می‌افتد. این نواحی باعث جمع شدن اسیدها و از میان رفتن لایه غیرفعال شده و در نتیجه باعث خوردگی می‌شود. وقتی ph اسید به مقداری بحرانی (depassivation ph) می‌رسد خوردگی آغاز می‌شود. از مقدار depassivation ph برای تعیین مقاومت یک آلیاژ در محیط‌های خورنده استفاده می‌شود. هر چه این مقدار کمتر باشد مقاومت به خوردگی بیشتر است.

خوردگی بین‌دانه‌ای (intergranular corrosion)

نمایش میکروسکوپی یک برش پرداخت و صیقل شده فولاد که مورد حمله خوردگی بین‌دانه‌ای قرار گرفته‌است.ناحیه متاثر از گرما یا haz بر روی یک فولاد زنگ نزن در اطراف ناحیه جوشکاری با تغییر رنگ محسوس قابل مشاهده است. برخی از فولادها اگر تا دماهای 500 تا 800 درجه سلسیوس گرم شوند، مرز دانه‌ها می‌تواند «حساس» شده و ممکن است توسط سیال خورنده مورد حمله قرار گیرند. این پدیده معمولاً در هنگام جوشکاری و در ناحیه متاثر از گرما یا haz رخ می‌دهد.

در دماهای بالا (500 تا 800 درجه سلسیوس)، کروم در داخل محلول جامد به صورت یکنواخت توزیع می‌شود و اگر یک فولاد زنگ‌نزن آستنیتی از دمای بالا به سرعت خنک‌شود (کوئنچ شود)، کروم تمایل دارد به صورت یکنواخت در محلول جامد باقی بماند. اما اگر همین فولاد به آهستگی خنک شود، اتم‌های کروم تمایل دارند با اتم‌های کربن ترکیب شوند و در کنار مرز دانه‌ها «کاربید کروم» شکل خواهد گرفت. اطراف این نواحی به اندازه کافی کروم نخواهند داشت و هر جایی که کروم کم باشد، مقاومت به خوردگی نیز کم خواهد بود. به این پدیده «حساس‌سازی» یا «sensitisation» می‌گویند.

ترک ناشی از تنش و خوردگی (stress corrosion cracking)

ترک ناشی از تنش و خوردگی فرایندی است که در آن تنش‌های مکانیکی ناشی از بارگذاری و محیط خورنده به‌طور همزمان باعث شکل گرفتن ترک‌هایی در جسم می‌شوند. این ترک‌ها ممکن است پس از مدت زیادی قرار گرفتن در معرض سیال خورنده شکل بگیرند ولی با سرعت زیاد رشد کنند و باعث شکست ناگهانی قطعه شوند. فولادهای فریتی در مقابل این پدیده بسیار مقاوم‌اند.